Почему же в 2018 году клонированные обезьяны считаются большим прорывом? Дело в том, что для этой цели использовалась техника, называемая пересадкой ядер соматической клетки. В отличие от дробления эмбриона, этот метод в теории позволяет получить неограниченное количество клонов от одного донора. А что может быть удобнее для биомедицинских исследований, чем генетически однородная популяция близких к человеку приматов?

Со времен овечки Долли ученые клонировали 23 вида животных, в том числе собак, кошек, кроликов, свиней и коров. Однако получение генетически идентичных приматов означает, что в принципе мы можем получить и человеческие клоны (хотя макаки и не относятся к человекообразным обезьянам вроде горилл или шимпанзе). Впрочем, ученые заверили, что цели клонировать людей у них нет.

Кругом польза

Естественно, среди далеких от науки людей и противников клонирования могут возникнуть подозрения, что ученые неспроста решили вновь покуситься на законы природы — возможно, они осознанно или случайно создадут некое биологическое оружие, которое в конечном итоге погубит человечество. Однако не стоит забывать, что общий уровень смертности людей, включая всевозможных противников биотехнологий (от антивакцинаторов до ГМО-фобов), в конце XX — начале XXI века сильно понизился именно благодаря достижениям биологии и медицины. Хотя многие необоснованно опасаются клонирования, этот метод даст ученым небывалые возможности для создания новых лекарств.

Речь идет прежде всего о создании удобных модельных организмов. Макаки используются для исследований в области медицины, нейробиологии и поведения. Их геном на 93 процента идентичен человеческому (наш общий предок жил 25 миллионов лет назад), а различия во многом обусловлены геномными перестройками, а не отдельными мутациями. Иными словами, геном человека является своеобразной анаграммой генома макаки. В то же время те варианты генов, которые у макак являются нормальными, у людей могут вызывать заболевания — например, фенилкетонурию.

Клонирование позволяет получить чистые линии, то есть группы генетически однородных организмов. Этого можно добиться через скрещивание, но для обезьян с их относительно долгим периодом созревания такой метод непрактичен. Клоны очень удобны для тестирования лекарств. Представьте, что у вас есть несколько десятков особей приматов, и вы случайным образом делите их на две группы. Животным в одной группе вы даете лекарство, а в другой — пустышку. Казалось бы, если препарат эффективен, то состояние здоровья приматов в первой группе должно улучшиться. Но на самом деле результат может маскироваться генетическими различиями. Так, некоторые животные могут быть невосприимчивы к лекарству или, наоборот, оказаться слишком чувствительными, что вызовет их гибель. Для достоверных результатов приходится использовать большие группы животных, что сложно и дорого, однако чистые линии решают эту проблему.

Зачастую животные модели в медицинских исследованиях генетически склонны к развитию заболеваний, аналогичных человеческим: рак, различные виды деменции, болезнь Паркинсона, наследственные расстройства или аутизм. Именно на них испытывают новые терапевтические методы. Клонирование позволит исследователям быть уверенными, что у всех животных в группе из-за их идентичности точно разовьется то или иное заболевание.

Она вам не Долли

Клонирование методом пересадки ядра соматической клетки осуществляется следующим образом. Из неоплодотворенной яйцеклетки удаляют ядро, после чего в нее пересаживают ядро от соматической клетки, например, от фибробласта (клетки соединительной ткани) эмбриона. Метод был разработан в 1996 году, когда шотландские биологи под руководством Яна Вильмута смогли клонировать овечку Долли. В качестве доноров ядер были использованы эпителиальные клетки молочной железы. Однако далеко не все яйцеклетки, которым трансплантировали ядра, выжили. Понадобилось около трехсот попыток, чтобы получить здоровый эмбрион.

Сложность клонирования обезьян заключается в том, что для каждого вида должны быть разработаны протоколы химической обработки ДНК донорского ядра, чтобы «омолодить» его. Ранние попытки пересадить ядро у приматов оканчивались неудачей именно из-за неправильного перепрограммирования клеток донора. Однако позже оказалось, что эффективность пересадки можно повысить с помощью ряда химических веществ, блокирующих активность ферментов деацетилаз гистонов. Кроме того, были определены устойчивые к перепрограммированию регионы ДНК — в них обнаружился высокий уровень метильных групп, препятствующих активации генов.

Проще простого

Для того чтобы понять, что именно сделали ученые, необходимо знать лишь самые основы эпигенетики. Гистонами называют белки различного типа, объединяющиеся в глобулу (нуклеосому), вокруг которой в 1,67 оборота наматывается часть ДНК. На одной нити ДНК находится большое количество нуклеосом, влияющих на плотность упаковки генетического материала и активность генов. Делают они это с помощью четырех хвостов, торчащих из двух гистонов H3 и двух гистонов H4. К разным участкам этих хвостов могут присоединяться как метильные (метилирование), так и ацетильные (ацетилирование) группы.

Существует великое множество типов метилирования гистонов, при которых к различным участкам хвостов присоединяется от одной до трех метильных групп. При метилировании, обозначаемом как H3K9me3, три группы (me3) присоединяются к девятой с конца аминокислоте, являющейся лизином (K), находящейся на хвосте гистона НЗ. На участке ДНК, обогащенном H3K9me3, гены, как правило, заблокированы. Похожим образом происходит ацетилирование, однако оно, наоборот, способствует активации генов.

Ацетилирование и метилирование необходимо для дифференцировки клеток, когда стволовые эмбриональные клетки выбирают свои «профессии». При этом включаются одни гены и выключаются другие. Оказалось, что H3K9me3 защищает гены, которые не нужны фибробласту, от повторной активации, что и является основным препятствием для перепрограммирования. Чтобы решить эту проблему, ученые использовали трихостатин А, который способствовал ацетилированию гистонов, а также внедрили в яйцеклетки с уже пересаженным ядром молекулу РНК, кодирующую деметилазу гистонов — фермент, убирающий с гистонов метильные группы.

Всего были использовано 127 яйцеклеток. Ученым удалось получить 109 эмбрионов, но только 79 из них были пересажены в матку 21 самки макака-крабоеда. Беременность была подтверждена только у четырех животных, но только две обезьяны родили здоровых детенышей.

Не паникуй

Когда речь заходит о новых возможностях биотехнологий, на сцену выходят те, кто видит во всем этом не более чем атаку на этические нормы. Организации, выступающие в защиту животных, вообще считают эксперименты на животных (особенно тех, что похожи на человека) неприемлемыми — видимо, забывая тот факт, что именно благодаря животным человечество победило опасные инфекционные болезни, в том числе оспу, которая убила миллионы человек. Многих прорывов в области медицины не случилось бы без использования животных моделей.

Некоторые ученые, например, нейробиологи и этологи, считают, что животных в какой-то степени можно заменить компьютерными моделями, однако пока не существует технологий, позволяющих смоделировать целый организм и влияние лекарств на него. Даже культуры тканей (или выращенные «в пробирке» органы) не могут заменить животное, поскольку реагировать на препараты эти объекты будут совершенно по-разному. Так что вопрос, нужно ли для развития медицины проводить эксперименты на живых существах, требует, возможно, неудобного, но честного ответа: сейчас эти опыты необходимы.

Нужно ли бояться клонирования людей? Возможность делать генетически идентичные копии людей появится через несколько лет, хотя стоит подумать, для чего это делать? Очень сложно взять у взрослого человека ДНК и сделать его копию в виде младенца — без отточенной до совершенства техники перепрограммирования соматических клеток весь биологический материал от донора отправится в мусорное ведро. Тратить деньги на копии одних и тех же человеческих эмбрионов пока просто нецелесообразно. А клонировать Гитлера, Иисуса Христа или динозавра, от которых не осталось клеток с ядрами, можно лишь в жанре фантастики.

журнал Cell